IONOSPHERIC PLASMA-DUST CLOUDS: INFLUENCE OF RAYLEIGH-TAYLOR INSTABILITY

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Noctilucent clouds (NLC) and polar mesosphere summer echoes (PMSE) of the Earth's ionosphere, observed at altitudes of about 80-95 km, are considered. A self-consistent model describing a possible formation mechanism of such clouds is presented. It is shown that, unlike the ionosphere of Mars, the influence of such factors as dust particle interaction with adhering water condensate molecules and viscous Knudsen friction strength decrease in the nucleation zone decreases on the Earth. The characteristic sizes and charges of the dust particles of the cloud predicted by the model are calculated. It is shown that an important factor, affects the formation of dusty plasma clouds of the Earth's mesosphere, is the Rayleigh–Taylor instability. The effect of the instability leads to the fact that there is an upper limit of the size of the dust particles in the cloud.

About the authors

Yu. S. Reznichenko

Space Research Institute of Russian Academy of Sciences, IKI RAS; Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University), MIPT

Email: reznichenko.yus@phystech.edu
Russian Federation, 117997, Moscow; 141701, Dolgoprudny, Moscow region

A. Yu. Dubinskiy

Space Research Institute of Russian Academy of Sciences, IKI RAS

Email: popel@iki.rssi.ru
Russian Federation, 117997, Moscow

S. I. Popel'

Space Research Institute of Russian Academy of Sciences, IKI RAS

Author for correspondence.
Email: popel@iki.rssi.ru
Russian Federation, 117997, Moscow

References

  1. С. И. Попель, Природа 9, 48 (2015).
  2. S.I. Popel, S.I. Kopnin, I.N. Kosarev, and M.Y.Yu, Adv. Space Res. 37, 414 (2006).
  3. Ю.Н. Извекова, Ю.С. Резниченко, С.И. Попель, Физика плазмы 46, 1119 (2020).
  4. В. Е. Фортов, Ю.М. Батурин, Г. О. Морфилл, О.Ф. Петров, Плазменный кристалл. Космические эксперименты, Физматлит, Москва (2015).
  5. S.I.Popel, A.P. Golub’, A.I.Kassem, andL.M.Ze-lenyi, Phys. Plasmas 29, 013701 (2022).
  6. S.I.Popel, L. M. Zelenyi, A.P. Golub’, and A. Yu. Dubinskii, Planet. Space Sci. 156, 71 (2018).
  7. S. I. Popel and A. A. Gisko, Nonlin. Processes Geophys. 13, 223 (2006).
  8. B.A. Klumov, S.I. Popel, and R. Bingham, Письма в ЖЭТФ 72, 524 (2000).
  9. Б.А. Клумов, Г. Е. Морфилл, С.И. Попель, ЖЭТФ 127, 171 (2005).
  10. А. Ю. Дубинский, С.И. Попель, Письма в ЖЭТФ 96, 22 (2012).
  11. S. I. Popel, S. I. Kopnin, M. Y. Yu, J. X. Ma, and Feng Huang, J. Phys. D: Appl. Phys. 44, 174036 (2011).
  12. V.E. Fortov, A.V. Ivlev, S.A.Khrapak, A.G.Khra-pak, and G.E. Morfill, Phys.Rep. 421, 1 (2005).
  13. P. K. Shukla and A. A. Mamun, Introduction to Dusty Plasmas Physics, Inst. Phys. Publ., Bristol/Philadelphia (2002).
  14. В.Н. Цытович, УФН 167, 57 (1997).
  15. В. Е. Фортов, А. Г. Храпак, С. А. Храпак, B. И. Молотков, О.Ф. Петров, УФН 174, 495 (2004).
  16. V. N. Tsytovich, G. E. Morfill, S. V. Vladimirov, and H. M. Thomas, Elementary Physics of Complex Plasmas, Springer, Berlin (2008).
  17. U. von Zahn, G. Baumgarten, U. Berger, J. Fiedler, and P. Hartogh, Atmosph. Chem. Phys. 4, 2449 (2004).
  18. J. Y. N. Cho and J. Rottger, J. Geophys. Res. 102, 2001 (1997).
  19. M. Gadsden and W. Schroder, Noctilucent Clouds, Springer-Verlag, Berlin (1989).
  20. H. Thomas and G. E. Morfill, Nature 379, 806 (1996).
  21. F. Montmessin, J.-L. Bertaux, E. Quemerais, O.Ko-rablev, P. Rannou, F. Forget, S. Perrier, D. Fussen, S. Lebonnois, A. Reberac, and E. Dimarellis, Icarus 183, 403 (2006).
  22. https://www.newsru.com/hitech/30may2021/ mars_clouds.html.
  23. F. Montmessin, B. Gondet, J. P. Bibring, Y. Langevin, P. Drossart, F. Forget, and T. Fouchet, J. Geophys.Res. 112, E11S90 (2007).
  24. J. A. Whiteway, L. Komguem, C. Dickinson, C. Cook, M. Illnicki, J. Seabrook, V. Popovici, T. J. Duck, R. Davy, P. A. Taylor, J. Pathak, D. Fisher, A. I. Carswell, M. Daly, V. Hipkin, A. P. Zent, M. H. Hecht, S. E. Wood, L. K. Tamp-pari, N. Renno, J. E. Moores, M. T. Lemmon, F. Daerden, and P. Smith, Science 325, 68 (2009).
  25. P. O. Hayne, D. A. Paige, J. T. Schofield, D. M. Kass, A. Kleinbohl, N. G. Heavens, and D.J. McCleese, J.Geophys.Res. 117, E08014 (2012).
  26. А. Ю. Дубинский, Ю. С. Резниченко, С. И. По-пель, Физика плазмы 45, 913 (2019).
  27. Yu. S. Reznichenko, A. Yu. Dubinskii, and S.I. Popel, J. Phys.: Conf. Ser. 1556, 012072 (2020).
  28. Ю. С. Резниченко, А. Ю. Дубинский, С. И. По-пель, Письма в ЖЭТФ 117, 420 (2023).
  29. R. P. Turco, O. B. Toon, R. C. Whitten, R. G. Keesee, and D. Hollenbach, Planet. Space Sci. 30, 1147 (1982).
  30. R. A. Goldberg, R. F. Pfaff, R. H. Holzworth, F. J. Schmidlin, H. D. Voss, A. J. Tuzzolino, C. L. Croskey, J. D. Mitchell, M. Friedrich, D. Murtagh, G. Witt, J. Gumbel, U. von Zahn, W. Singer, and U.-P. Hoppe, Geophys. Res. Lett. 28, 1407 (2001).
  31. М. А. Леонтович, Введение в термодинамику, Гос. изд-во технико-теоретической литературы, Москва-Ленинград (1952).
  32. G.C. Reid, J.Atmosph.Sci. 32, 523 (1975).
  33. E. Kopp, Adv. Space Res. 25, 173 (2000).
  34. A. V. Pavlov, Surveys in Geophysics 35, 259 (2014).
  35. А. В. Филиппов, И. Н. Дербенев, Н. А. Дятко, С. А. Куркин, Г. Б. Лопанцева, А. Ф. Паль, А.Н. Старостин, ЖЭТФ 152, 293 (2017).
  36. А. Ю. Дубинский, Ю. С. Резниченко, С. И. По-пель, Астрон. вестник 57, 225 (2023).
  37. F. F. Chen, in Plasma Diagnostic Techniques, ed. by R. H. Huddlestone and S.L. Leonard, Academic, New York (1965), Ch.4.
  38. M.S.Barnes, J.H.Keller, J.C.Forster, J. A.O’Neill, and D. K. Coultas, Phys. Rev. Lett. 68, 313 (1992).
  39. C. Voltz, W. Pesch, and I. Rehberg, Phys.Rev.E 65, 011404 (2001).
  40. Р. С. Савельев, Н.Н. Розанов, Г. Б. Сочилин, С. А. Чивилихин, Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики, № 3 (73), 18 (2011).
  41. В.Н. Цытович, УФН 185, 161 (2015).
  42. Атмосфера стандартная. Параметры, ИПК Изд-во стандартов, Москва (2004), ГОСТ 4401-81.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».